本發(fā)明涉及光學，尤其涉及一種基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器。

背景技術(shù)：

1、渦旋光束是一種攜帶軌道角動量(orbital?angular?momentum,oam)的結(jié)構(gòu)光束，波前呈螺旋狀，光束中心存在相位奇點，光強呈現(xiàn)出中心強度為零的環(huán)狀分布。由于這些新穎的特性，oam渦旋光束在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。在光通信應(yīng)用中，渦旋光束中的軌道角動量可以作為一種新的編碼方式實現(xiàn)信息編碼，擴大光通信的容量；在生物醫(yī)學領(lǐng)域，通過oam渦旋光束研制了光鑷和光學扳手，可實現(xiàn)對微粒的無接觸捕獲和旋轉(zhuǎn)；在激光加工領(lǐng)域，oam渦旋光束可用于大規(guī)模制備手性微納米結(jié)構(gòu)；在測量領(lǐng)域，利用oam渦旋光束的旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)可直接測量旋轉(zhuǎn)體的角速度。

2、oam渦旋光束的產(chǎn)生方式可分為兩類：腔外調(diào)控(被動方式)和腔內(nèi)直接激發(fā)渦旋光束(主動方式)。腔外調(diào)控主要是將腔外的高斯光束、厄米-高斯光束等其他形式的光束轉(zhuǎn)換為oam渦旋光束，腔內(nèi)調(diào)控則是直接在激光諧振腔中產(chǎn)生oam渦旋光束。

3、腔內(nèi)調(diào)控是通過在激光諧振腔內(nèi)進行增益損耗控制或插入渦旋相位調(diào)制器件，直接在激光諧振腔中產(chǎn)生oam渦旋光束。插入調(diào)制器件法是腔內(nèi)調(diào)制中最普遍的方法之一，基本原理是通過在腔中插入諸如螺旋相位板、可變渦旋波片(variable?spiral?plate，vsp)和空間光調(diào)制器等調(diào)制器件實現(xiàn)對光束的相位調(diào)控，從而輸出期望得到的oam模式，但是上述光學器件往往需要占用較大的空間，使激光器的結(jié)構(gòu)不夠緊湊。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，以消除或改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個或更多個缺陷。

2、本發(fā)明的一個方面提供了一種基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，所述基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器包括順序設(shè)置的泵浦光源、波分復用器、準直器和金膜輔助超構(gòu)表面；

3、所述金膜輔助超構(gòu)表面包括順序疊放且連接的襯底層、金膜層、介質(zhì)層和納米單元層，所述襯底層一側(cè)靠近準直器，所述納米單元層一側(cè)遠離準直器，所述納米單元層包括均勻設(shè)置的多個納米柱；

4、所述泵浦光源用于發(fā)出激光，所述泵浦光源與波分復用器相連接，所述波分復用器與準直器通過光纖相連接，將激光傳遞到準直器，所述準直器將激光傳遞到金膜輔助超構(gòu)表面，所述金膜輔助超構(gòu)表面輸出渦旋光束。

5、采用上述方案，本專利通過將金膜輔助的全空間超構(gòu)表面嵌入激光器腔內(nèi)，可實現(xiàn)所需拓撲荷數(shù)的渦旋光束輸出，本專利提出金膜輔助的全空間超構(gòu)表面，可以實現(xiàn)一個半透半反的功能，本方案通過金膜半透半反的功能，將金膜設(shè)置于準直器一側(cè)，完成反射，且由于金膜反射回的仍是同偏振的高斯光束，便于光束直接耦合回激光腔內(nèi)，不需要其他器件對偏振進行調(diào)整，使激光在超構(gòu)表面和光纖反射鏡之間來回振蕩，減少整個系統(tǒng)光學元件的使用，有利于系統(tǒng)的進一步集成；并通過透射金膜的方案，通過另一側(cè)的納米單元層完成光束的調(diào)整，完成渦旋光束的輸出。

6、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述金膜輔助超構(gòu)表面設(shè)置于連接于準直器輸出端的光纖的端面。

7、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述襯底層和介質(zhì)層采用二氧化硅材質(zhì)，所述納米柱為非晶硅材質(zhì)，所述金膜層為金材質(zhì)。

8、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述金膜層的厚度為8～12nm。

9、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述納米柱的高度為450～550nm。

10、在本發(fā)明的一些實施方式中，在所述納米單元層上所述納米柱的分布周期為440～460nm。

11、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述超構(gòu)表面的俯視平面為矩形，以矩形的重心點為射線的一端線外連線，將矩形劃分為多個三角形區(qū)域，多個三角形區(qū)域的超構(gòu)表面輸出光的x偏振的相位差累計值為2π。

12、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述超構(gòu)表面包括8三角形區(qū)域，每個三角形區(qū)域x偏振入射下的輸出光的相位差均為0.25π。

13、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述金膜輔助超構(gòu)表面的俯視平面為矩形，以矩形的重心點為射線的一端線外連線，將矩形劃分為多個三角形區(qū)域，每個三角形區(qū)域在矩形的重心點位置的角的角度相同，單個三角形區(qū)域內(nèi)的超構(gòu)表面單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。

14、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器還包括透鏡，所述透鏡設(shè)置于準直器和金膜輔助超構(gòu)表面之間，將光束縮束，使光束會聚于金膜輔助超構(gòu)表面上。

15、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器還包括光纖反射鏡，所述光纖反射鏡與波分復用器相連接。

16、本發(fā)明的附加優(yōu)點、目的，以及特征將在下面的描述中將部分地加以闡述，且將對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在研究下文后部分地變得明顯，或者可以根據(jù)本發(fā)明的實踐而獲知。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點可以通過在說明書以及附圖中具體指出并獲得。

17、本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解的是，能夠用本發(fā)明實現(xiàn)的目的和優(yōu)點不限于以上具體所述，并且根據(jù)以下詳細說明將更清楚地理解本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的上述和其他目的。

技術(shù)特征：

1.一種基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器包括順序設(shè)置的泵浦光源、波分復用器、準直器和金膜輔助超構(gòu)表面；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述襯底層和介質(zhì)層采用二氧化硅材質(zhì)，所述納米柱為非晶硅材質(zhì)，所述金膜層為金材質(zhì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述金膜層的厚度為8～12nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述納米柱的高度為450～550nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述金膜輔助超構(gòu)表面設(shè)置于連接于準直器輸出端的光纖的端面。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述超構(gòu)表面的俯視平面為矩形，以矩形的重心點為射線的一端線外連線，將矩形劃分為多個三角形區(qū)域，多個三角形區(qū)域的超構(gòu)表面輸出光的x偏振的相位差累計值為2π。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述超構(gòu)表面包括8三角形區(qū)域，每個三角形區(qū)域x偏振入射下的輸出光的相位差均為0.25π。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，每個三角形區(qū)域在矩形的重心點位置的角的角度相同，單個三角形區(qū)域內(nèi)的超構(gòu)表面單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器還包括透鏡，所述透鏡設(shè)置于準直器和金膜輔助超構(gòu)表面之間，將光束縮束，使光束會聚于金膜輔助超構(gòu)表面上。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，其特征在于，所述基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器還包括光纖反射鏡，所述光纖反射鏡與波分復用器相連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器，所述基于金膜輔助超構(gòu)表面的渦旋光纖激光器包括順序設(shè)置的泵浦光源、波分復用器、準直器和金膜輔助超構(gòu)表面；所述金膜輔助超構(gòu)表面包括順序疊放且連接的襯底層、金膜層、介質(zhì)層和納米單元層，所述襯底層一側(cè)靠近準直器，所述納米單元層一側(cè)遠離準直器，所述納米單元層包括均勻設(shè)置的多個納米柱；所述泵浦光源用于發(fā)出激光，所述泵浦光源與波分復用器相連接，所述波分復用器與準直器通過光纖相連接，將激光傳遞到準直器，所述準直器將激光傳遞到金膜輔助超構(gòu)表面，所述金膜輔助超構(gòu)表面輸出渦旋光束。

技術(shù)研發(fā)人員：桂麗麗,潘劍瑩,許詣遠,陳浩,徐坤
受保護的技術(shù)使用者：北京郵電大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9